考虑碰撞效应的连续梁桥横向混凝土挡块设计

为给横向混凝土挡块的设计提供明确的依据和参考,以Kelvin模型和Hertz模型为基础,考虑梁体和挡块质量以及二者在碰撞前相对速度的影响,根据动能定理和动量守恒,提出碰撞刚度的计算方法;在此基础上考虑地震作用下主梁与横向挡块间的碰撞效应,分析挡块的初始间隙、高度、厚度等设计参数对墩身、盖梁及挡块自身受力的影响规律。以在满足挡块对墩梁相对位移限制作用的同时,尽可能控制墩身剪力为挡块的设计原则,给出了挡块主要设计参数的建议取值。研究结果表明:设置横向挡块能有效防止落梁震害的发生;随着挡块间隙的逐渐变大,墩身的剪力总体呈减小趋势,碰撞效应减弱;过渡墩的支座滑移距离随挡块初始间隙的增大而增大;挡块厚度和高度对墩底剪力的影响均较小,但对盖梁应力的影响较大,盖梁应力随着挡块厚度的增加而减小,随着挡块高度的增加而增加,当挡块高度达到一定数值时,盖梁的最大拉应力可能超过其最大抵抗应力而破坏;挡块与主梁的初始间隙以0.06m左右为宜,挡块高度可在0.55~0.65m取值,挡块厚度在0.48~0.58m内取值,根据以上参数设置的混凝土挡块,碰撞时最大拉应力可能超过混凝土的抗拉强度而开裂,但受压区混凝土不发生破坏,钢筋的应力亦不超过钢筋的屈服强度,满足挡块承载力的设计要求。     

板式橡胶支座梁桥抗震挡块合理力学性能研究

为了提高板式橡胶支座梁桥的横桥向抗震性能,选择一座典型板式橡胶支座简支梁桥为研究背景,建立考虑支座滑动效应、墩柱弹塑性滞回性能和挡块力学性能的全桥精细化有限元数值模型,采用数值分析方法探讨了钢筋混凝土挡块的合理力学性能参数。结果表明：挡块最大剪力强度取上部结构恒载反力的20％～30％、横向间隙在2～10cm范围内为相对合理的挡块力学性能;提高挡块延性变形能力,可有效控制墩梁相对位移,同时不显著增加桥墩损伤程度。     

板式橡胶支座连续梁桥横桥向抗震性能研究

板式橡胶支座在我国中小跨径梁桥中应用广泛,主梁通常直接放置在支座上,在地震作用下板式橡胶支座与梁底会发生滑动。基于某板式橡胶支座连续梁桥,采用非线性时程分析方法,探讨只考虑横向挡块的刚性约束作用、只考虑支座的水平剪切刚度及考虑支座与梁底的滑动效应三种模拟方法对结构横桥向抗震性能的影响。结果表明:考虑板式橡胶支座与梁底的滑动效应后,由于两者之间摩擦耗能及滑动后支座的隔震作用,桥墩的地震力有了明显减小,同时主梁位移与支座变形也得到了较好的控制,结构的减隔震效果最好,是一种合理地震模拟方法。同时,为了保证充分发挥板式橡胶支座滑动后的减隔震作用,横向挡块与主梁之间的间隙应预留出支座滑动的位移要求,该结论可供工程实践参考。     

板式橡胶支座摩擦性能对中小跨径梁桥地震响应影响分析

为分析板式橡胶支座摩擦性能对中小跨径梁桥地震响应的影响，建立简支梁桥和连续梁桥2种桥型的有限元模型，采用增量动力分析方法，对比不同支座滑动摩擦系数对2种桥型在纵横桥向地震作用下地震响应的影响。结果表明：在横桥向地震作用下，简支梁桥主梁易发生转动，对于墩台处的横向限位装置设计参数需区别设计，而连续梁桥主梁呈刚体平移，墩台处的横向限位装置可采用相同设计参数；在纵桥向地震作用下，简支梁桥和连续梁桥桥台处支座更易发生脱空或滑落；在不同方向地震激励下，两种桥型桥墩墩底曲率均随支座摩擦系数增加而增大；在中小跨径梁桥结构设计时，可通过设计不同支座接触面来选择有利于结构抗震的摩擦系数。     

中小跨桥梁横向抗震挡块的合理设置方式

我国的中小跨径桥梁普遍采用板式橡胶支座并在横向设置抗震挡块,但现行的桥梁抗震设计规范对挡块的设置方式并没有明确的规定。为了探寻一种对桥梁下部结构抗震有利的挡块设置方式,该文采用非线性时程分析方法,考虑横向抗震挡块与上部结构的碰撞效应,研究两跨30m连续梁中横向抗震挡块对桥梁结构地震反应的影响,分析挡块和上部结构之间初始间隙对结构地震反应的影响规律。最终,从保护桥梁下部结构并能防止落梁的角度出发,提出一条抗震设计思路,为横向抗震挡块的合理设置提出建议。     

板式橡胶支座梁桥大比例缩尺模型抗震性能试验研究

为研究板式橡胶支座梁桥横向约束体系的减震性能,制作某(30+30)m两跨一联的桥面连续简支梁桥大比例缩尺全桥结构模型,对缩尺模型进行振动台试验,研究无约束自由滑动体系、X形板弹塑性挡块约束体系及钢筋混凝土挡块约束体系的地震反应。试验结果表明:地震动输入过程中,板式橡胶支座、X形板弹塑性挡块及钢筋混凝土挡块均有损伤或弹塑性变形,提供体系的能耗增加;随着地震强度的增加,无约束自由滑动体系中板式橡胶支座发生滑动,梁体出现永久残余位移;设置钢筋混凝土挡块体系的墩梁最大相对位移最小;X形板弹塑性挡块体系能大量耗散地震能量,有效减少墩梁间相对位移以及传递至下部结构的梁体地震力,使桥墩及基础免遭严重损伤,减震性能较好。     

带纵坡曲线梁桥地震响应试验研究

为了研究带纵坡的曲线梁桥在地震作用下的动力响应特性,以某匝道桥为原型,设计制作几何相似比1∶10的缩尺模型进行振动台试验,分别沿X向、Y向和X+Y向输入地震动,分析水平地震作用下曲线梁桥的地震响应。结果表明:地震波X向输入使主梁产生平动兼有转动,在平面内产生弯曲,Y向输入时,主梁的转动效应较小;高墩对桥墩位移具有一定的放大作用,桥墩位移响应与地震波输入方向之间的角度越小,桥墩位移越显著,固定墩在地震波双向输入时更加不利;支座位移与地震波输入方向之间的角度越小,支座位移越大;地震波X向输入时,低墩处容易产生落梁、高墩处主梁容易与桥台挡块碰撞,Y向输入时,高墩处容易产生落梁、低墩处主梁容易与桥台挡块碰撞。     

高低塔斜拉桥横向地震响应研究

为探讨高低塔斜拉桥横向抗震性能,以一大跨度斜拉桥为研究对象,利用非线性动力时程分析方法,分析了三种横向约束体系下桥梁结构的地震响应,对挡块的接触刚度和初始间隙进行参数敏感性分析,最后,通过调整参数对挡块的选取进行了讨论。研究结果表明,设置横向挡块能限制主梁位移,也能使得结构地震受力有所改善,初始间隙和接触刚度对桥梁结构地震响应均有不同程度地影响,在各个桥墩处设置不同参数的挡块能使结构地震响应趋于合理。     

小箱梁桥横向减震体系及其耗能特性

为改善小箱梁桥的横向抗震性能,以三角形钢板为基本耗能构件,提出板式橡胶支座与钢阻尼器组合、板式橡胶支座与钢挡块组合2种横向减震体系,详细阐述了2种减震装置的构造特点和力学特性。钢挡块体系的挡块间隙取板式橡胶支座发生滑动时的位移,以充分发挥支座的柔性减震作用。以一座简支小箱梁桥为例,在成本相同的前提下,研究2种减震装置屈服力变化对减震效果的影响,阐明了减震体系主要力学参数的确定方法,并采用非线性时程反应分析方法,对2种减震体系的耗能特性进行深入分析。选取2条典型的地震动输入,分析了2种减震体系对墩梁相对位移、最大墩底弯矩的影响和各自减震装置的耗能机制。结果表明:地震下钢阻尼器耗能大,通过提供耗能及较大的恢复力能有效控制墩梁相对位移,而钢挡块耗能小,主要通过提供恢复力来控制墩梁相对位移,因而阻尼器体系的限位效果要显著优于挡块体系;在一定范围内,增大钢阻尼器(挡块)屈服力可以显著减小最大墩梁相对位移,但不会明显增大下部结构地震力;当地震动输入在正负方向能量分布不均时,钢挡块体系中梁体频繁撞击一侧挡块,挡块的滞回圈数会显著减少,支座较易遭受地震损伤;而钢阻尼器体系更能适应不同的地震动输入。     

简支桥梁抗震挡块参数优化研究

本文在前人对刚体碰撞模型所作分析的基础上,以简支梁桥为研究对象,建立了考虑横向碰撞的简化模型。通过量化挡块碰撞刚度、初始间隙对简支梁桥地震碰撞响应的影响,探讨了桥梁抗震挡块的抗震效果,得出简支梁桥抗震挡块的最优参数,供梁桥抗震设计及规范修编参考。     

高墩桥梁在地震作用下梁体与挡块之间的非线性碰撞效应研究

以都江堰至汶川高速公路上的庙子坪岷江大桥引桥部分的一跨简支梁为例来研究简支梁桥主梁与横向挡块在地震作用下的非线性碰撞效应,采用大型有限元软件进行数值模拟分析,主要研究了主梁与挡块之间的间隙和阻尼系数对非线性碰撞效应的影响。通过分析得出:主梁与挡块之间的间隙(gap)对碰撞效应的影响是个不确定因素;考虑阻尼能有效地减小碰撞效应,且阻尼对减小挡块与主梁之间的间隙是有利的。     

不同约束体系对双层曲线梁桥地震响应的影响

双层曲线梁桥可以在较短距离内实现较大的爬高,由于特殊的结构形式使其地震响应有别于规则桥梁,而支座和限位装置组成的约束体系是影响桥梁结构地震响应的关键。为得到双层曲线梁桥的合理约束体系,基于一座双层曲线梁桥建立有限元模型,进行地震作用下的动力分析,对比球型钢支座、板式橡胶支座和盆式支座的位移和桥墩截面曲率,并将剪力销作为双层曲线梁桥的限位装置,研究剪力销与不同支座组成的约束体系对双层曲线梁桥结构地震响应的影响。结果表明:在地震作用下,双层曲线梁桥的上层支座位移普遍大于下层,双层约束体系使得桥墩中部的截面曲率和延性要比墩顶和墩底的小;球型钢支座的支座位移较小,传递到桥墩的地震力较大,设置剪力销后支座位移减小,桥墩损伤未发生明显变化;板式橡胶支座的支座位移较大,在地震动强度较小时就发生滑动,支座滑移可耗散能量使桥墩的损伤程度降低,但与剪力销组合后支座位移受到限制,传递到桥墩的地震力成倍增加,桥墩损伤最为严重;盆式支座的支座位移较小且上下层位移值最为接近,传递到桥墩的地震力较为均匀,在一定程度上保护了桥墩,考虑剪力销后,支座变形减小到允许范围之内,桥墩损伤略有增加。因此,本研究认为盆式支座与剪力销的组合是该双层曲线梁桥的合理约束体系。     

曲线梁桥地震响应影响因素分析

针对曲线梁桥地震响应特性比较复杂,在地震中容易发生较为严重震害这一现象,以某三联曲线梁桥为背景,建立三维有限元模型,采用非线性时程分析方法,系统研究了主梁与挡块及伸缩缝的碰撞效应和地震输入角度对规则曲线梁桥和非规则曲线梁桥地震响应的影响。研究表明:碰撞效应对曲线梁桥的地震响应有较大影响,特别是对墩底的径向剪力和绕切向弯矩影响更为明显,而对墩底的切向剪力和绕径向弯矩影响相对较小。挡块碰撞对内力响应的影响,规则曲线梁桥与非规则曲线梁桥基本相同,但对位移响应的影响,规则曲线梁桥大于非规则曲线梁桥。地震动输入角度对规则曲线梁桥和非规则曲线梁桥地震响应影响有所不同,在进行规则曲线梁桥地震响应分析时采用规范规定的曲线梁桥地震动输入角度进行抗震验算是合理的;但对非规则曲线梁桥进行地震响应分析时应根据具体情况确定最不利的地震动输入角度进行抗震验算。     

曲线梁桥不同约束形式下的受力性能及其适用性分析

为确定混凝土曲线梁桥不同固定约束形式下的受力性能及与墩高相适应的合理的固定约束形式,以某混凝土曲线梁桥为例,采用有限元法分析墩梁现浇固结和盆式固定支座2种边界形式对不同墩高曲线梁桥受力性能的影响.计算结果表明:与盆式固定支座形式相比,墩梁现浇固结使主梁受扭更加合理,且能很好地控制主梁径向位移;为了使桥墩受力更加合理,对于墩高较高的曲线梁桥(该研究为墩高8 m以上)固定边界宜采用墩梁现浇固结,对于墩高较矮的曲线梁桥固定边界宜采用固定支座;为优化主梁扭矩和减小桥墩负担,建议在使用固定支座时设置径向外侧的预偏心.     

横系梁对双柱墩混凝土曲线梁桥地震反应的影响分析

为研究地震作用下,钢筋混凝土曲线梁桥中横系梁设置位置、刚度对结构受力的影响规律,以设置2道横系梁的双柱墩曲线梁桥为背景,考虑曲线梁桥的弯扭耦合效应和主梁间的非均匀碰撞效应,运用大型有限元软件ABAQUS建立桥梁的三维多尺度模型,设置6种横系梁位置工况,采用时程分析法分析不同位置横系梁对桥梁主梁、支座和桥墩的地震反应影响。最后,选择上述计算结果中较为合理的工况为背景,进一步研究横系梁刚度对桥梁地震反应的影响。研究结果表明:横系梁位置的变化对地震作用下曲线梁桥的主梁横向位移、支座受力、墩顶横向位移及墩底扭矩有比较明显的影响;横系梁沿墩柱较为均匀地分布时,对桥梁地震反应行为最为有利;适当地提高横系梁刚度可以减小桥梁的地震反应。     

棋盘洲长江公路大桥主桥约束体系研究

棋盘洲长江公路大桥位于黄石市和黄冈市境内,主桥采用主跨1 038m单跨吊钢箱梁悬索桥一跨跨越长江。考虑大桥变形特点,设计采用纵向限位挡块降低伸缩装置规格和支座纵向滑动量;采用黏滞阻尼器减少动力响应,以保护结构安全。结合计算分析提出了基于频遇组合的挡块间隙量的初步确定方法,伸缩装置由原来不考虑纵向限位的D2 000 mm左右减小为D1 200mm;结合黏滞阻尼器力学机理和该桥结构特点,运用参数分析方法给出了纵向阻尼参数的相对合理取值。相关计算结果较好地满足了棋盘洲大桥结构设计需求。该文的结论可直接适用于单跨吊钢箱梁悬索桥,关于纵向挡块间隙和纵向阻尼参数的确定思路对其他类型桥梁设计也有一定的参考价值。     

采用拉索减震支座的刚构桥横向抗震性能研究

为了解拉索减震支座对刚构桥横向抗震性能的影响,以某(65+120+65)m预应力混凝土连续刚构桥为背景进行研究。基于拉索减震支座的抗震机理,采用MIDAS Civil(V8.0.5)软件建模,应用非线性动力时程方法分析该桥横向地震响应,并比较拉索减震支座参数(初始间隙及拉索刚度)对该桥抗震性能的影响。结果表明:拉索减震支座可有效降低刚构桥过渡墩的横向受力,同时可有效控制刚构桥主梁的运动形态;拉索减震支座对主墩抗震性能的影响较小;初始间隙越小、拉索刚度越大,拉索减震支座对主梁的约束作用越大。     

考虑双向碰撞的斜交桥抗震性能分析

地震作用下,采用板式橡胶支座的斜交桥易产生滑移,导致主梁发生较大的位移,并与桥台和横桥向挡块发生碰撞。为分析公路斜交桥碰撞作用机理及其影响因素,对一座三跨连续斜交桥进行非线性时程分析,考虑了不同斜交角(取值0°～60°)和横向挡块间距等因素,分析了纵、横桥向不同碰撞模型及其设计参数对桥梁地震响应的影响。结果表明:斜交桥在纵、横桥向的碰撞作用是主梁发生转动的主要因素;该文采用的弹塑性碰撞模型能较好地反映斜交桥地震响应的不规则性;挡块间距的改变会增加桥台处不均匀碰撞现象,显著影响斜交桥碰撞效应,可通过选择合理挡块初始间距来降低地震损伤。     

考虑支座剪断的连续梁桥位移控制方法研究

以连续梁桥为例,基于弹性限位装置研究固定支座剪断后桥梁地震位移的控制方法。研究发现,固定支座因其水平承载能力较低而在桥墩出现塑性铰之前发生剪断,这将引起主梁与下部结构间相对位移的增大,增加落梁风险;弹性限位装置可通过调整初始间隙和弹簧抗压刚度,有效限制固定支座剪断后的地震位移;参数优选的原则是在桥墩不出现塑性铰的前提下,固定支座剪断后的地震位移越小越好。     

曲线梁桥的横向效应研究与径向约束体系的比选

小半径曲线梁桥存在明显的横向效应,主要表现为支座径向反力大或径向位移大。该文提出了横向效应的6种导致因素,并以一联3跨曲线箱梁为例,分别针对刚性下部结构和柔性下部结构两种情况进行了横向效应的详细计算,分析了各种导致因素的影响程度和作用特点;同时针对3种不同的径向约束体系,进行了比较分析,讨论了可以最大限度降低横向效应的合理径向约束体系。